Desarrollada por un equipo de investigación internacional, la célula presenta una capacidad de transporte de electrones de azufre de cadmio producida mediante una novedosa estrategia de dopaje con ozono. Este tratamiento mejora la pureza y la estabilidad del material al tiempo que amplía la banda prohibida de energía del azufre de cadmio.
Un grupo de investigadores de la Universidad Normal de Fujian en China y la Universidad de Surrey en el Reino Unido han fabricado un sistema a base de carbono. trisulfuro de antimonio (Sb2S3) célula solar que alcanzó una eficiencia de conversión de energía récord del 9,0%.
“Establecimos un nuevo punto de referencia para esta arquitectura de dispositivo estable y de bajo costo”, dijo el autor principal de la investigación, Guilin Chen. revistapvseñalando que el resultado representa un récord mundial para este tipo de células.
Aunque los dispositivos de Sb₂S₃ tienen un límite de eficiencia teórica del 26% en condiciones radiativas, los defectos en el material absorbente suelen limitar su rendimiento alrededor del 8%. “Nuestro trabajo proporciona una estrategia de ingeniería de capa de transporte de electrones (ETL) sencilla, escalable y multifuncional que no solo rompe un cuello de botella en el rendimiento sino que también mejora significativamente la estabilidad del dispositivo, lo que presenta un paso importante. hacia Sb comercialmente viable y de bajo costo.2S3 energía fotovoltaica”, explicó Chen.
Las celdas de Sb₂S₃ generalmente se construyen con un sulfuro de cadmio (CdS) ETL, pero el dopaje y el espesor de la capa a menudo afectan tanto el voltaje de circuito abierto como la corriente de cortocircuito.
“A través del tratamiento con ozono in situ (IOT), desarrollamos un método de un solo paso para el dopaje con oxígeno de la capa de transporte de electrones (ETL) de CdS durante el proceso estándar de deposición en baño químico (CBD), eliminando la necesidad de tratamientos complejos, de alta temperatura o posteriores a la deposición.”, explicó Chen.
Se dice que el enfoque propuesto suprime el Sb típico.2Vaya3 impurezas, ya que inducen una transición de fase hexagonal a cúbica en CdS, que termodinámicamente desfavorece el crecimiento epitaxial del perjudicial Sb2Vaya3 fase de impureza durante la deposición del absorbente, lo que lleva a un absorbente más puro y de mayor calidad.
Además, supuestamente crea una capa de Cd graduada y rica en oxígeno en la interfaz enterrada entre la propia capa de CdS y el sustrato hecho de vidrio recubierto con óxido de estaño dopado con flúor (FTO), lo que fortalece la adhesión y reduce los centros de recombinación interfacial.
«IOT promueve una distribución gradiente de oxígeno dentro de CdS al aprovechar la competencia entre las especies de oxígeno y azufre. Esto amplía la banda prohibida efectiva, reduciendo la pérdida de luz parásita», dijeron los científicos, señalando que el La banda prohibida de CdS se incrementó de 2,19 eV a 2,26 eV, lo que redujo la absorción parásita de luz de longitud de onda corta y aumentó la fotocorriente.
La celda se construyó con el sustrato de vidrio FTO, el CdS ETL, el Sb2Vaya3 absorbente, una capa de azufre de plomo (Pbs) y un contacto de carbono.
Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo logró una eficiencia del 9,0 %, un voltaje de circuito abierto de 0,4908 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 26,88 mA/cm2 y un factor de llenado del 68,19 %.
«La celda demostró una estabilidad notable sin encapsulación, manteniendo el rendimiento durante 8 meses en el aire ambiente y conservando el 70% de su eficiencia inicial después de 1000 horas de duras pruebas de calor húmedo, superando significativamente a los dispositivos convencionales. basado en Spiro-OMeTAD/Au”, dijo Chen.
La celda fue descrita en “Récord de eficiencia certificada del 9 % para células solares Sb2 (S,Se) 3 a base de carbono habilitadas por el tratamiento de oxidación en gradiente de la capa de transporte de electrones CdS”, publicado en Materiales funcionales avanzados.
«Nuestro estudio proporciona evidencia experimental completa, utilizando Raman, transmitancia y perfiles de profundidad XPS, de que el IOT crea un gradiente longitudinal de oxígeno-azufre dentro de la película de CdS, con la mayor concentración de oxígeno en la interfaz crítica FTO/CdS», conclusiones Chen. «A través de una caracterización y modelado avanzados, el estudio demuestra cuantitativamente que el dopaje óptimo con oxígeno en la interfaz fortalece significativamente la energía de adhesión entre CdS y FTO, lo que conduce a un transporte superior del portador y una reducción de la recombinación».
En julio de 2024, otro equipo de investigación internacional esbozó un nuevo2S3 diseño de células solares que, según se informa, puede resultar en una eficiencia un 30% mayor en comparación con el Sb existente2S3 Conceptos de células solares.
